Quadratische Funktionen mit Betrag — Graphen und Anzahl der Lösungen

Quadratische Funktionen mit Betrag — Graphen und Anzahl der Lösungen

Im Artikel über Betragsfunktionen wurde aus einer Geraden ein V-förmiger Graph. Jetzt wenden wir dieselbe Idee auf eine Parabel an. Der Betrag kann an zwei Stellen stehen, und jede Stelle verändert den Graphen anders:

y = |x² − 4x + 3| — Betrag des ganzen Terms,

y = x² − 4|x| + 3 — Betrag nur bei x.

In allen Beispielen arbeiten wir mit derselben Parabel g(x) = x² − 4x + 3. Mit quadratischer Ergänzung ist g(x) = (x − 2)² − 1: Der Scheitelpunkt ist S(2 | −1), die Nullstellen sind 1 und 3, die y-Achse wird im Punkt (0 | 3) geschnitten.


Inhalt


Betrag des ganzen Terms

Bei y = |g(x)| berechnen wir zuerst den Wert der Parabel und machen ihn erst danach positiv. Positive Werte bleiben, negative wechseln das Vorzeichen.

x01234
g(x)30−103
|g(x)|30103
Gestrichelte Parabel y = x² − 4x + 3 und orangefarbener Graph y = |x² − 4x + 3|: Der Teil zwischen x = 1 und x = 3 ist über die x-Achse geklappt

Am Graphen bedeutet das: Der Teil der Parabel unter der x-Achse wird nach oben geklappt (an der x-Achse gespiegelt). Zwischen den Nullstellen 1 und 3 entsteht so ein kleiner „Bogen“ mit dem höchsten Punkt (2 | 1). Der Graph von y = |g(x)| liegt nie unter der x-Achse.


Betrag nur bei x

Bei y = x² − 4|x| + 3 ist es anders. Für x ≥ 0 ist |x| = x, der Term ist also derselbe wie g(x). Für negative x erhält man denselben Wert wie für die entgegengesetzte positive Zahl: Für x = −1 und x = 1 ergibt sich jeweils 1 − 4 + 3 = 0.

x−4−3−2−101234
y30−1030−103
Graph von y = x² − 4|x| + 3: zwei gleiche „Mulden“ mit den Tiefpunkten (−2 | −1) und (2 | −1) und einer Spitze im Punkt (0 | 3)

So zeichnest du ihn: Zeichne nur die rechte Hälfte der Parabel (x ≥ 0) und spiegle sie an der y-Achse. Die linke Hälfte der ursprünglichen Parabel fällt weg. Das Ergebnis ist eine gerade Funktion — der Graph ist symmetrisch zur y-Achse, mit zwei Tiefpunkten (−2 | −1) und (2 | −1) und einer Spitze in (0 | 3).

💡 Achtung: Dieser Graph kann unter die x-Achse gehen. Der Betrag steht nur bei x, nicht beim ganzen Ergebnis.


Anzahl der Lösungen von f(x) = c

Die Lösungen von f(x) = c sind die x-Koordinaten der Punkte, in denen der Graph die waagerechte Gerade y = c schneidet. Man muss sie nur im Bild zählen.

Graph von y = |x² − 4x + 3| mit den Geraden y = 1 (drei Schnittpunkte) und y = 2 (zwei Schnittpunkte)

Beispiel 1

Wie viele Lösungen hat die Gleichung |x² − 4x + 3| = c für verschiedene c?

cAnzahl der Lösungenwarum
c < 00der Graph liegt ganz über der x-Achse oder auf ihr
c = 02die Punkte (1 | 0) und (3 | 0)
0 < c < 14die Gerade schneidet beide Äste und den Bogen
c = 13die Gerade berührt den Bogen im Punkt (2 | 1)
c > 12die Gerade schneidet nur die äußeren Äste

Für c = 1 prüfen wir das rechnerisch: Entweder x² − 4x + 3 = 1, also (x − 2)² = 2 und x = 2 ± √2, oder x² − 4x + 3 = −1, also (x − 2)² = 0 und x = 2. Zusammen drei Lösungen. ✓

Beispiel 2

Wie viele Lösungen hat die Gleichung x² − 4|x| + 3 = c?

cAnzahl der Lösungen
c < −10
c = −12 (x = −2 und x = 2)
−1 < c < 34
c = 33 (x = −4, x = 0 und x = 4)
c > 32

Für c = 3: Für x ≥ 0 lösen wir x² − 4x + 3 = 3, also x(x − 4) = 0 und x = 0 oder x = 4. Durch die Spiegelung kommt x = −4 dazu. Der Punkt x = 0 liegt auf der y-Achse und wird nicht verdoppelt. Zusammen drei Lösungen. ✓


Vier ähnliche Graphen unterscheiden

Aus einer Parabel g(x) entstehen vier verschiedene Graphen:

Termwas mit der Parabel passiertworan du ihn erkennst
y = g(x)nichtsTeil unter der x-Achse, nicht symmetrisch zur y-Achse
y = |g(x)|Teil unter der x-Achse wird hochgeklapptnie unter der x-Achse
y = g(|x|)rechte Hälfte wird nach links gespiegeltsymmetrisch zur y-Achse, kann unter die x-Achse gehen
y = |g(|x|)|beidessymmetrisch zur y-Achse und nie unter der x-Achse

Häufige Fehler

  • Den ganzen Graphen klappen. Bei |g(x)| wird nur der Teil unter der x-Achse geklappt, der Teil darüber bleibt unverändert.
  • Die linke Hälfte spiegeln. Bei g(|x|) bleibt die rechte Hälfte (x ≥ 0) erhalten, die linke fällt weg.
  • Doppelter Punkt auf der y-Achse. Ist eine Lösung x = 0, entsteht durch die Spiegelung keine zweite Lösung.
  • „Eine Berührung zählt nicht.“ Berührt die Gerade y = c den Graphen nur (im höchsten Punkt des Bogens), ist das eine Lösung.

Kurz gesagt

  • y = |g(x)|: Den Teil des Graphen unter der x-Achse nach oben klappen.
  • y = g(|x|): Die rechte Hälfte (x ≥ 0) zeichnen und an der y-Achse spiegeln.
  • Anzahl der Lösungen von f(x) = c = Anzahl der Schnittpunkte des Graphen mit der Geraden y = c.
  • Vorsicht bei Berührpunkten (Scheitel, Spitze auf der y-Achse) — dort ändert sich die Anzahl der Lösungen.

Probier es selbst

  1. Wie viele Lösungen hat die Gleichung |x² − 4x + 3| = 2?
  2. Wie viele Lösungen hat die Gleichung x² − 4|x| + 3 = 0? Welche sind es?
  3. Wie viele Lösungen hat die Gleichung x² − 4|x| + 3 = −2?
Lösungen:
  1. Zwei. x² − 4x + 3 = 2 ergibt (x − 2)² = 3 und x = 2 ± √3. Die Gleichung x² − 4x + 3 = −2 ergibt (x − 2)² = −1, sie hat keine Lösung.
  2. Vier: x² − 4x + 3 = 0 für x ≥ 0 ergibt x = 1 und x = 3, durch die Spiegelung kommen x = −1 und x = −3 dazu.
  3. Keine. Der kleinste Funktionswert ist −1 (bei x = ±2), den Wert −2 erreicht der Graph nie.

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